以建筑廢棄物為骨料制備瓷磚粘結劑的研究

許林峰　鐘保民

摘 要：以建筑廢棄物為骨料制備瓷磚粘結劑，具有重要的經濟意義和環保意義。本研究通過實驗探究了建筑廢棄物粒度對水泥砂漿原拉拔強度、熱循環后拉拔強度、凍融循環后拉拔強度、浸水后拉拔強度和破壞方式的影響。結果表明建筑廢棄物粒度對水泥砂漿在不同處理條件下的拉拔強度均有顯著的影響。當建筑廢棄物的粒度為30～40目時，樣品的各項性能指標均能達到國家標準。

關鍵詞：建筑廢棄物；瓷磚粘結劑；骨料

1 引言

目前，建筑業已成為我國的支柱產業之一，并且隨著經濟社會的快速發展而成為越來越重要的行業。建設過程是一個拆舊建新的過程，在這個過程中必然要產生大量的建筑廢棄物，目前每年產生的建筑廢棄物數億噸，并且呈逐年增加的趨勢。隨著城市化進程的加快，建筑廢棄物的處理已成為制約城市發展的嚴重問題。建筑廢棄物的成分復雜，難以資源化利用，而簡單的填埋或堆放處理又會嚴重破壞我們的生態環境，占用土地資源[1]。所以，開發出能夠資源化利用建筑廢棄物的新技術具有非常重要的現實意義。

發達國家在建筑廢棄物的資源化利用方面做得很成熟，很多國家已實現建筑廢棄物的零排放。我國對建筑廢棄物的資源化利用水平整體較低，一般經分選后，被用來做公路路基的填充料，或者用來生產透水磚、混凝土空心磚等[2， 3]。這類利用方式的附加值低，一般需要政府的財政補貼才能持續下去。顯然，一個行業的生存和發展依靠政府的扶持是不可能長久的，因此，需要提高建筑廢棄物資源化利用的經濟效益，使其能夠自主盈利，這樣才能促進這個行業的健康、可持續發展。

筆者在之前工作的基礎上，構想將建筑廢棄物作為骨料來制備瓷磚粘結劑。瓷磚粘結劑的市場需求量大，可以消耗大量的建筑廢棄物。同時，瓷磚粘結劑的售價可以達到2000～3000元/噸，具有良好的經濟效益。這項研究對建筑廢棄物的資源化利用具有重要的指導作用，有利于提高建筑廢棄物的附加值和消耗量，具有重要的經濟意義和環保意義。

2 實驗過程

2.1 實驗原料

水泥：海螺P.O 42.5R水泥。

建筑廢棄物：先將建筑廢棄物烘干，然后將混凝土、磚頭、瓷磚分揀出來，分別破碎后過篩。最后將破碎的建筑廢棄物按比例混合，其中混凝土55%，磚頭30%，瓷磚15%。

羥丙基甲基纖維素（HPMC）：河南天禾新型建筑材料有限公司。

可再分散乳膠粉：德國瓦克5044N可再分散乳膠粉。

淀粉醚：河南天禾新型建筑材料有限公司。

2.2 樣品制備

（1）原料配比

基料：水泥34.5%，建筑廢棄物64%。

添加劑：HPMC 0.4%，膠粉1%，淀粉醚0.1%。

（2）測試用瓷磚的準備

將正常生產的600 mm×600 mm瓷磚切割成10 mm ×10 mm的小樣備用，樣品的吸水率< 0.10%。砂漿涂覆前需將瓷磚小片表面粘貼的水或灰塵用濕抹布擦干凈。

（3）砂漿制備

將水泥、建筑廢棄物、HPMC、膠粉、淀粉醚、按比例均勻混合，然后加入水，均勻攪拌至膏狀，靜置10 min待用。

（4）砂漿涂覆

將砂漿均勻涂覆在切割好的瓷磚上，厚度約4 mm。然后將涂覆好的樣品在室內條件下養護28天。

（5）熱循環、凍融循環、浸水處理

熱循環：將在室內條件下養護28天的樣品，置于80℃烘箱中4 h。然后冷卻到室溫，接著80℃處理4 h，循環5次。

凍融循環：將在室內條件下養護28天的樣品，置于-18℃凍箱中4 h。然后自然升溫到室溫，接著-18℃處理4 h，循環5次。

浸水處理：將在室內條件下養護28天的樣品，淹沒在水中，持續7天。然后將樣品擦干，置于50℃烘箱中干燥28 h。

2.3 樣品測試

采用拉拔儀（Posi Test AT-M Manual Adhesion Tester）對制備好的樣品進行測試。測試過程如下：

（1）在水泥砂漿表面切出一個圓圈，需徹底切開，深入到瓷磚表面。

（2）將拉拔圓盤用云石膠固定在切開的砂漿圓圈表面，將樣品靜置5 min固化。

（3）用拉拔儀將圓盤緩慢拔起，記錄數據，每個數據測試10個樣品。

2.4數據處理

計算10個數據的平均值，舍去超過平均值±20%的數據。若剩余的數據超過5個，則求剩余數據的平均值。若剩余的數據少于5個，則重復實驗。

3 結果分析

3.1 建筑廢棄物粒度對樣品拉拔強度的影響

圖1為建筑廢棄物粒度對原樣品拉拔強度的影響。從圖中可以看出，隨著建筑廢棄物粒度的減小，拉拔強度出現一個不斷減小的趨勢。當建筑廢棄物的粒度大于80目時，樣品的拉拔強度均大于0.5 MPa的國家標準。而當建筑廢棄物的粒度小于80目時，樣品的拉拔強度開始低于國家標準。粒度100目的樣品，樣品的拉拔強度只有0.36 MPa。

圖2為建筑廢棄物粒度對熱循環后樣品拉拔強度的影響。從圖中可以看出，隨著建筑廢棄物粒度的減小，樣品的拉拔強度出現明顯的下降趨勢。當建筑廢棄物的粒度大于70目時，樣品的拉拔強度均大于0.5 MPa。而當建筑廢棄物的粒度小于70目時，樣品的拉拔強度開始低于國家標準。并且，隨著粒度的減小，拉拔強度持續減小，到100目時，拉拔強度只有0.27 MPa。

圖3為建筑廢棄物粒度對凍融循環后樣品拉拔強度的影響。從圖中可以看出，隨著建筑廢棄物粒度的減小，樣品的拉拔強度出現明顯的下降趨勢。這種下降趨勢與熱循環后樣品拉拔強度的變化趨勢很相似。當建筑廢棄物的粒度大于80目時，樣品的拉拔強度均大于0.5 MPa。而當建筑廢棄物的粒度小于80目時，樣品的拉拔強度開始低于國家標準。

圖4為建筑廢棄物粒度對浸水后樣品拉拔強度的影響。從圖中可以看出，隨著建筑廢棄物粒度的減小，樣品的拉拔強度出現一種“Z字型”的變化趨勢。這種變化趨勢與熱循環、凍融循環后拉拔強度的變化趨勢明顯不同。當建筑廢棄物的粒度為30目和40目時，拉拔強度大約為0.7 MPa。當建筑廢棄物的粒度為50目時，拉拔強度顯著下降為0.56 MPa。當建筑廢棄物的粒度小于50目時，拉拔強度基本維持在一定范圍內，0.3～0.45 MPa，沒有明顯的變化趨勢。

3.2 建筑廢棄物粒度對粘附性能的影響

實際上，拉拔強度的測試數據并不能真實的反映瓷磚粘結劑的粘附性能。應綜合考慮拉拔強度和破壞方式，才能判定瓷磚粘結劑的真實粘附性能。如果瓷磚粘結劑的粘附強度高于拉伸強度，那么測試樣品的破壞方式為表面或中間斷裂，如圖5（a）所示。如果瓷磚粘結劑的拉伸強度高于粘附強度，那么測試樣品的破壞方式為整體剝離，如圖5（b）所示。

表1統計了不同建筑廢棄物粒度樣品經拉拔后的破壞方式，每個數據點10個樣品。由表中的結果可知，無論是原拉拔強度，還是熱循環、凍融循環、浸水處理后拉拔強度的測試，樣品剝離破壞的概率均隨著粒度的減小而增大。尤其當建筑廢棄物的粒度小于50目時，樣品剝離破壞的概率顯著增加。說明隨著建筑廢棄物粒度的減小，樣品的粘附性能下降。

3.3 建筑廢棄物粒度對用水量的影響

圖6為建筑廢棄物粒度對用水量的影響。用水量的多少并沒有專門的性能指標來衡量，以樣品能形成均勻的膏狀，適合施工為標準。從圖中可以看出，當建筑廢棄物粒度大于60目時，用水量變化不大，維持在34±0.5%。當建筑廢棄物粒度小于60目時，用水量隨著粒度的減小顯著增加。當粒度為100目時，用水量達到45%。通常干混砂漿的用水量不要超過30%，以25%左右為宜。

4 討論

結合拉拔強度的測試數據和樣品破壞方式的統計結果可知，建筑廢棄物粒度的減小對樣品的粘附性能不利。無論是原樣品的拉拔強度，還是熱循環、凍融循環、浸水處理后樣品的拉拔強度，這種不利影響都很顯著。由樣品的破壞方式可知，拉拔強度的測試值低并不是由于材料的抗拉強度低，而是由于樣品的粘附性能不夠。與石英砂相比，建筑廢棄物的引入可能會引起材料抗拉強度的降低。但是，對粘附性能的影響應該不會很大。事實上，也不是所有粒度的建筑廢棄物都會顯著降低材料的粘附性能。所以，應該是與建筑廢棄物粒度相關的其他因素影響到了材料的粘附性能。

圖6所示的結果表明，建筑廢棄物粒度與用水量緊密相關，而水的用量與砂漿的干燥收縮又緊密相關。當建筑廢棄物的粒度小于60目時，水的用量開始顯著增加。同時，樣品的原拉拔強度，熱循環、凍融循環后拉拔強度也相應明顯降低。對于浸水處理的樣品，甚至在粒度為50目時就出現顯著下降。這主要是由于浸水處理時，樣品容易吸水膨脹，造成大的界面應力。

實際上，對于粒度較大的情況，34%的用水量也是很大的。但是，由于建筑廢棄物顆粒的結構疏松，本身就具有10%左右的吸水率，所以導致用水量較大。不過結構吸水引起的干燥收縮比表面吸水和自由水引起的干燥收縮要小得多。因此，當建筑廢棄物的粒度大于40目時，材料的綜合粘附性能比較優異。但是，當建筑廢棄物的粒度大于30目時，施工性能變差。所以，建筑廢棄物的粒度應控制在30～40目。

5 結論

建筑廢棄物的粒度對用水量有非常顯著的影響，而用水量又顯著的影響瓷磚粘結劑的粘附性能。以建筑廢棄物為骨料時，粒度應控制在30～40目。當配方組成為建筑廢棄物64%，水泥34.5%，HPMC 0.4%，膠粉1%，淀粉醚0.1%時，產品具有良好的施工性能，且各項性能指標均可以達到國標要求。

參考文獻

[1] 袁靜，于獻青，陸錦法，等. 新型墻體材料綜合利用建筑廢棄物的優勢與對策分析[J].新型建筑材料，2014，11：64～69.

[2] 崔輝，徐志勝.固體廢物在建筑材料中的資源化應用[J].建材技術與應用，2005，3：12～14.

[3] 陳廣坤.推進建筑廢棄物資源化利用，積極發展綠色墻材[J].磚瓦，2016，5：63.